第十二章第十二章 信号检测系统的综合设计信号检测系统的综合设计 本章学习检测系统的综合设计、抑本章学习检测系统的综合设计、抑制干扰的基本方法、微机检测系统的设制干扰的基本方法、微机检测系统的设计。计。8/1/20241第一节第一节 检测系统的综合设计检测系统的综合设计 组建原则组建原则总体方案确定总体方案确定进程与规划进程与规划8/1/20242第二节第二节 干扰源及防护干扰源及防护 在非电量测量过程中，往往会发现总是有一些无用的在非电量测量过程中，往往会发现总是有一些无用的背景信号与被测信号叠加在一起，这称为干扰，有时也采背景信号与被测信号叠加在一起，这称为干扰，有时也采用噪声这一习惯用语。用噪声这一习惯用语。 噪噪声声对对检检测测装装置置的的影影响响必必须须与与有有用用信信号号共共同同分分析析才才有有意意义义。衡衡量量噪噪声声对对有有用用信信号号的的影影响响常常用用信信噪噪比比（S/N）来来表表示示，它它是是指指在在信信号号通通道道中中，有有用用信信号号功功率率PS与与噪噪声声功功率率PN 之之比比，或或有有用用信信号号电电压压US与与噪噪声声电电压压UN 之之比比。信信噪噪比比常常用用对数形式来表示，单位为对数形式来表示，单位为dB，即即 S/N=10lg（ PS / PN ）=20lg（ US / UN ）（）（dB） 在测量过程中应尽量提高信噪比，以减少噪声对测量在测量过程中应尽量提高信噪比，以减少噪声对测量结果的影响。结果的影响。 干扰与噪声干扰与噪声8/1/20243信噪比信噪比（S/N）的的计算举例计算举例 在扩音机输入端测得：话筒输出的做报告者声音在扩音机输入端测得：话筒输出的做报告者声音的平均电压为的平均电压为50mV， 50Hz干扰干扰“嗡嗡嗡嗡”声的电压声的电压为为0.5mV，求信噪比。求信噪比。 解解 S/N=20lg（50/0.5） dB =40 dB 又问：当又问：当S/N分别为分别为20 dB、0 dB 、 -20 dB 时，时，说明做报告者声音与干扰声音之间各为什么关系？说明做报告者声音与干扰声音之间各为什么关系？ 8/1/20244噪声源及干扰源噪声源及干扰源 一、机械干扰一、机械干扰 机械干扰是指机械振机械干扰是指机械振动或冲击使电子检测装置动或冲击使电子检测装置中的元件发生振动，改变中的元件发生振动，改变了系统的电气参数，造成了系统的电气参数，造成可逆或不可逆的影响。对可逆或不可逆的影响。对机械干扰，可选用专用减机械干扰，可选用专用减振弹簧振弹簧- -橡胶垫脚或吸振橡胶垫脚或吸振橡胶海绵垫来降低系统的橡胶海绵垫来降低系统的谐振频率，吸收振动的能谐振频率，吸收振动的能量，量， 从而减小系统的振从而减小系统的振幅。幅。 橡胶橡胶 海绵软垫海绵软垫橡胶垫脚及弹簧橡胶垫脚及弹簧8/1/20245二、湿度及化学干扰二、湿度及化学干扰 当当环环境境相相对对湿湿度度增增加加时时，物物体体表表面面就就会会附附着着一一层层水水膜膜，并并渗渗入入材材料料内内部部，降降低低了了绝绝缘缘强强度度，造造成成了了漏漏电电、击击穿穿和和短短路路现现象象；潮潮湿湿还还会会加加速速金金属属材材料料的的腐腐蚀蚀，并并产产生生原原电电池池电电化化学学干干扰扰电电压压；在在较较高高的的温温度度下下，潮潮湿湿还还会会促促使使霉霉菌菌的的生生长长，并并引起有机材料的霉烂。引起有机材料的霉烂。 某些化学物品如酸、碱、盐、某些化学物品如酸、碱、盐、各种腐蚀性气体以及沿海地区由海各种腐蚀性气体以及沿海地区由海风带到岸上的盐雾也会造成与潮湿风带到岸上的盐雾也会造成与潮湿类似的漏电腐蚀现象，必须采取以类似的漏电腐蚀现象，必须采取以下措施来加以保护：下措施来加以保护：浸漆、密封、浸漆、密封、定期通电加热驱潮等。定期通电加热驱潮等。用绝缘漆浸用绝缘漆浸渍过的控制渍过的控制变压器变压器浸漆可防止水分浸漆可防止水分进入线圈内部进入线圈内部8/1/20248仪器设备的防潮试验仪器设备的防潮试验喷淋试验喷淋试验8/1/20249仪器设备的防潮试验（续）仪器设备的防潮试验（续）“步入式步入式”恒温恒湿房恒温恒湿房（参考（参考江江苏省省计量量测试技技术研究所研究所资资料）料） 体积：体积：25m3 3 ，温度调节范围：（温度调节范围：（-40+80）， 湿度调节范围：（湿度调节范围：（3090）%RH 可用于进行大型仪器设备的高低温、恒定湿热、可用于进行大型仪器设备的高低温、恒定湿热、交变湿热试验。交变湿热试验。8/1/202410三、热干扰三、热干扰 热量，特别是温度波动以及不均匀的温度场热量，特别是温度波动以及不均匀的温度场对检测装置的干扰主要体现在以下几个方面：对检测装置的干扰主要体现在以下几个方面： 元件参数的变化（温漂）、接触热电势干扰、元件参数的变化（温漂）、接触热电势干扰、元器件长期在高温下工作时，引起寿命和耐压等元器件长期在高温下工作时，引起寿命和耐压等级降低等。级降低等。 克服热干扰的防护措施有：克服热干扰的防护措施有： 选用低温漂元件，采取软、硬件温度补偿措选用低温漂元件，采取软、硬件温度补偿措施，选用低功耗、低发热元件，提高元器件规格施，选用低功耗、低发热元件，提高元器件规格余量，仪器的前置输入级远离发热元件，加强散余量，仪器的前置输入级远离发热元件，加强散热、采用热屏蔽等。热、采用热屏蔽等。 8/1/202411散热实例散热实例 散热风扇散热风扇8/1/202412四、固有噪声干扰四、固有噪声干扰 在电路中，电子元在电路中，电子元件本身产生的、具有随件本身产生的、具有随机性、宽频带的噪声称机性、宽频带的噪声称为固有噪声。最重要的为固有噪声。最重要的固有噪声源是电阻热噪固有噪声源是电阻热噪声、半导体散粒噪声和声、半导体散粒噪声和接触噪声等。固有噪声接触噪声等。固有噪声可以从喇叭或耳机中反可以从喇叭或耳机中反映出来，但更多的时候映出来，但更多的时候是反映在输出电压的无是反映在输出电压的无规律跳变上。规律跳变上。 8/1/202413五、电、磁噪声干扰五、电、磁噪声干扰 电磁波可以通过电网以及直接辐射电磁波可以通过电网以及直接辐射的形式传播到离这些噪声源很远的检测装的形式传播到离这些噪声源很远的检测装置中。在工频输电线附近也存在强大的交置中。在工频输电线附近也存在强大的交变电场，在强电流输电线附近存在干扰磁变电场，在强电流输电线附近存在干扰磁场，他们将对十分灵敏的检测装置造成干场，他们将对十分灵敏的检测装置造成干扰。由于这些干扰源功率强大，要消除他扰。由于这些干扰源功率强大，要消除他们的影响较为困难，必须采取多种措施来们的影响较为困难，必须采取多种措施来防护。防护。 8/1/202414检测技术中的电磁兼容原理检测技术中的电磁兼容原理 一、电磁兼容（一、电磁兼容（EMCEMC）概念概念 我国从世纪我国从世纪8080年代至今已制定了上百个年代至今已制定了上百个电磁兼容的国家标准，强制要求多数电气设备必电磁兼容的国家标准，强制要求多数电气设备必须通过相关电磁兼容标准的性能测试，否则为不须通过相关电磁兼容标准的性能测试，否则为不合格产品。通俗地说，电磁兼容是指电子系统在合格产品。通俗地说，电磁兼容是指电子系统在规定的电磁干扰环境中能正常工作的能力，而且规定的电磁干扰环境中能正常工作的能力，而且还不允许产生超过规定的电磁干扰还不允许产生超过规定的电磁干扰 。 8/1/202415二、电磁干扰的来源二、电磁干扰的来源 电电磁磁干干扰扰源源分分为为两两大大类类：自自然然界界干干扰扰源源和和人人为为干干扰扰源源，后后者者是是检检测测系系统统的的主主要要干干扰源。扰源。 1.1.自自然然界界干干扰扰源源包包括括地地球球外外层层空空间间的的宇宇宙宙射射电电噪噪声声、太太阳阳耀耀斑斑辐辐射射噪噪声声以以及及大大气气层层的的天天电电噪噪声声。后后者者的的能能量量频频谱谱主主要要集集中中在在30MHz30MHz以下，对检测系统的影响较大。以下，对检测系统的影响较大。 2.2.人人为为干干扰扰源源又又可可分分为为有有意意发发射射干干扰扰源源和无意发射干扰源。和无意发射干扰源。 8/1/202416自然界干扰源和人为干扰源自然界干扰源和人为干扰源X光机产生大功率光机产生大功率 高频干扰高频干扰 闪电产生电磁场干扰闪电产生电磁场干扰8/1/202417自然界干扰源和人为干扰源（续）自然界干扰源和人为干扰源（续）雷达会产生大功率高频干扰雷达会产生大功率高频干扰 变电站会产生变电站会产生50Hz的高次的高次 谐波干扰以及谐波干扰以及电晕放电干扰电晕放电干扰8/1/202418电吹风机干扰电视机的演示电吹风机干扰电视机的演示 电吹风机产电吹风机产生的电磁波干扰生的电磁波干扰以两种途径到达以两种途径到达电视机：一是通电视机：一是通过共用的电源插过共用的电源插座，二是以空间座，二是以空间电磁场传输的方电磁场传输的方式由电视机的天式由电视机的天线接收。应设法线接收。应设法切断这些干扰途切断这些干扰途径。径。 8/1/202419路和场的干扰路和场的干扰 路的干扰必须在干扰源和被干扰对象之路的干扰必须在干扰源和被干扰对象之间有完整的电路连接，干扰沿着这个通路到间有完整的电路连接，干扰沿着这个通路到达被干扰对象。例如通过电源线、变压器引达被干扰对象。例如通过电源线、变压器引入的干扰入的干扰 ；场的干扰不需要沿着电路传输，；场的干扰不需要沿着电路传输，而是以电磁场辐射的方式进行。例如，电源而是以电磁场辐射的方式进行。例如，电源线对传感器的信号线的电场耦合干扰；又如线对传感器的信号线的电场耦合干扰；又如电焊机电缆上的强电流对信号线的磁场耦合电焊机电缆上的强电流对信号线的磁场耦合干扰。干扰。 8/1/2024201 1通过路的干扰通过路的干扰 由泄漏电阻由泄漏电阻 引起的干扰引起的干扰 当仪器的信号输入端子与当仪器的信号输入端子与220V电源进线端子之电源进线端子之间产生漏电、印制电路板上前置级输入端与整流电间产生漏电、印制电路板上前置级输入端与整流电路存在漏电等情况下，噪声源可以通过这些漏电电路存在漏电等情况下，噪声源可以通过这些漏电电阻作用于有关电路而造成干扰。被干扰点的等效阻阻作用于有关电路而造成干扰。被干扰点的等效阻抗越高，抗越高，由泄漏电阻而产生的干扰影响越大。由泄漏电阻而产生的干扰影响越大。1-干扰源干扰源 2-仪器输入端子仪器输入端子 3-仪器的输入电阻仪器的输入电阻 R -漏电阻漏电阻 8/1/202421 负载（喇叭）的电流较大，负载（喇叭）的电流较大，它与放大器的负电源线共用了它与放大器的负电源线共用了一段地线，在地线的微小电阻一段地线，在地线的微小电阻上产生了压降，造成了干扰。上产生了压降，造成了干扰。由共阻抗耦合引起的干扰由共阻抗耦合引起的干扰 当两个或两个以上的当两个或两个以上的电路共同享有或使用一段电路共同享有或使用一段公共的线路公共的线路, , 而这段线路而这段线路又具有一定的阻抗时又具有一定的阻抗时, , 这这个阻抗成为这两个电路的个阻抗成为这两个电路的共阻抗。第二个电路的电共阻抗。第二个电路的电流流过这个共阻抗所产生流流过这个共阻抗所产生的压降就成为第一个电路的压降就成为第一个电路的干扰电压。常见的例子的干扰电压。常见的例子是通过接地线阻抗引入的是通过接地线阻抗引入的共阻抗耦合干扰。共阻抗耦合干扰。 负载负载电流电流干扰干扰压降压降正确接线正确接线8/1/202422由电源配电由电源配电回路引入的回路引入的干扰干扰 交流供配电线路在工业现场的分布相当于一个吸交流供配电线路在工业现场的分布相当于一个吸收各种干扰的网络收各种干扰的网络, , 而且十分方便地以电路传导的形而且十分方便地以电路传导的形式传遍各处，经检测装置的电源线进入仪器内部造成式传遍各处，经检测装置的电源线进入仪器内部造成干扰。最明显的是电压突变和交流电源波形畸变，它干扰。最明显的是电压突变和交流电源波形畸变，它使工频的高次谐波使工频的高次谐波 ( (从低频一直延伸至高频从低频一直延伸至高频) ) 经电源经电源线进入仪器的前级电路。例如，由调压或逆变电路中线进入仪器的前级电路。例如，由调压或逆变电路中的晶闸管引起的大功率高次谐波干扰；又如开关电源的晶闸管引起的大功率高次谐波干扰；又如开关电源经电源线往外泄漏出的几百千赫兹尖脉冲干扰。经电源线往外泄漏出的几百千赫兹尖脉冲干扰。 8/1/2024232 2通过场的干扰通过场的干扰 由电场耦合引起的干扰：由电场耦合引起的干扰： 电场耦合实质上是电容性耦合。要减电场耦合实质上是电容性耦合。要减少电源线对信号线的电场耦合干扰，就必少电源线对信号线的电场耦合干扰，就必须减小两者间的分布电容，必须尽量保持须减小两者间的分布电容，必须尽量保持电路和信号线的对地平衡，布线时，多采电路和信号线的对地平衡，布线时，多采用双绞扭屏蔽线。用双绞扭屏蔽线。 带电物体产生的电场带电物体产生的电场8/1/202424由磁场耦合引起的干扰由磁场耦合引起的干扰 磁场耦合干扰的实质磁场耦合干扰的实质是互感性耦合干扰。防止磁是互感性耦合干扰。防止磁场耦合干扰途径的办法有：场耦合干扰途径的办法有：使信号线使信号线远离强电流干扰源，远离强电流干扰源，从而减小互感量从而减小互感量M ；采用采用低频磁屏蔽低频磁屏蔽，从而减小信号，从而减小信号线感受到的磁场；采用绞扭线感受到的磁场；采用绞扭导线使引入到信号处理电路导线使引入到信号处理电路两端的干扰电压大小相等、两端的干扰电压大小相等、相位相同，使差模干扰转变相位相同，使差模干扰转变成共模干扰成共模干扰 。 C型变压器的漏感比型变压器的漏感比E型的小型的小4对双绞扭线对双绞扭线8/1/202425由电焊引起的干扰由电焊引起的干扰 电焊机电缆产生强磁场干扰电焊机电缆产生强磁场干扰磁场交链磁场交链信号线信号线8/1/202426共模干扰与串模干扰共模干扰与串模干扰 如果干扰源对两根信号传输线的干扰大小相等、如果干扰源对两根信号传输线的干扰大小相等、相位相同相位相同, 就属于共模干扰。由于就属于共模干扰。由于“仪用放大器仪用放大器”的的共模抑制比共模抑制比 KCMR 较大较大, 所以共模干扰可以被抑制。所以共模干扰可以被抑制。但当系统两个输入端出现很难避免的不平衡时但当系统两个输入端出现很难避免的不平衡时, 共模共模电压的一部分将转换为串模干扰，就较难消除了。电压的一部分将转换为串模干扰，就较难消除了。 共模干扰仪可依靠放大器的共模抑制比共模干扰仪可依靠放大器的共模抑制比KCMR来克来克服。较好的放大器共模抑制比可达服。较好的放大器共模抑制比可达100dB以上以上, ,所以共所以共模干扰对检测装置的影响不大。但当系统的两个输入模干扰对检测装置的影响不大。但当系统的两个输入端出现很难避免的不平衡时端出现很难避免的不平衡时, , 共模电压的一部分将转共模电压的一部分将转换为串模干扰，就较难消除了。因此必须尽量保持电换为串模干扰，就较难消除了。因此必须尽量保持电路的对地平衡。路的对地平衡。 8/1/202427共模干扰与串模干扰举例共模干扰与串模干扰举例 热电偶引线与热电偶引线与220V电源线靠得太近将引起电场偶电源线靠得太近将引起电场偶合干扰。合干扰。如果如果UNi对两根信号两根信号传输线的干的干扰大小相等、大小相等、相位相同相位相同,就就属于共模干属于共模干扰。 8/1/202428几种电磁兼容控制技术几种电磁兼容控制技术 抗电磁干扰技术有时又称为电磁兼抗电磁干扰技术有时又称为电磁兼容控制技术。可采用破坏干扰途径和削弱容控制技术。可采用破坏干扰途径和削弱检测系统电路对干扰的敏感性等方法，常检测系统电路对干扰的敏感性等方法，常用的抗干扰措施有屏蔽、接地、浮置、滤用的抗干扰措施有屏蔽、接地、浮置、滤波、光电隔离等技术。波、光电隔离等技术。 8/1/202429一、屏蔽技术一、屏蔽技术 利用金属材料制利用金属材料制成容器，将需要防护成容器，将需要防护的电路包围在其中，的电路包围在其中，可以防止电场或磁场可以防止电场或磁场耦合干扰的方法称为耦合干扰的方法称为屏蔽。屏蔽可分为静屏蔽。屏蔽可分为静电屏蔽、低频磁屏蔽电屏蔽、低频磁屏蔽和电磁屏蔽等几种。和电磁屏蔽等几种。根据不同的对象，使根据不同的对象，使用不同的屏蔽方式。用不同的屏蔽方式。 未加屏蔽罩时，中频变未加屏蔽罩时，中频变压器线圈易受外界干扰。压器线圈易受外界干扰。加屏蔽罩后的中频变压器加屏蔽罩后的中频变压器8/1/2024301.静电屏蔽静电屏蔽 静电屏蔽是用铜或铝等导电性良好的金静电屏蔽是用铜或铝等导电性良好的金属为材料制作成封闭的金属容器，并与地线连属为材料制作成封闭的金属容器，并与地线连接，把需要屏蔽的电路置于其中，使外部干扰接，把需要屏蔽的电路置于其中，使外部干扰电场的电力场不影响其内部的电路，反之，内电场的电力场不影响其内部的电路，反之，内部电路产生的电力线也无法影响外电路。静电部电路产生的电力线也无法影响外电路。静电屏蔽的容器器壁上允许有较小的孔洞（作为引屏蔽的容器器壁上允许有较小的孔洞（作为引线孔或调试孔）它对屏蔽的影响不大。线孔或调试孔）它对屏蔽的影响不大。 8/1/202431各种静电屏蔽各种静电屏蔽 仪器设备的屏蔽仪器设备的屏蔽外壳必须接地外壳必须接地带孔带孔屏蔽板屏蔽板8/1/202432各种静电屏蔽（续）各种静电屏蔽（续） 自制的自制的屏蔽屏蔽罩罩通风屏蔽窗通风屏蔽窗8/1/202433各种静电屏蔽（续）各种静电屏蔽（续） 开关电源采用带孔的屏开关电源采用带孔的屏蔽外壳，既可散热，又蔽外壳，既可散热，又可防止电磁干扰外泄可防止电磁干扰外泄8/1/202434各种静电屏蔽（续）各种静电屏蔽（续） 带调试孔的屏蔽盒带调试孔的屏蔽盒8/1/202435屏蔽线屏蔽线 三绞扭屏蔽线三绞扭屏蔽线铜芯铜芯4对双绞扭屏蔽线对双绞扭屏蔽线（屏蔽层接地）（屏蔽层接地）聚氟乙烯聚氟乙烯绝缘层绝缘层铜线铜线编织网编织网（接地）（接地）8/1/2024362.低频磁屏蔽低频磁屏蔽 低频磁屏蔽是用来隔离低频（主要指低频磁屏蔽是用来隔离低频（主要指50Hz50Hz）磁磁场和固定磁场（也称静磁场，其幅度、方向不随时场和固定磁场（也称静磁场，其幅度、方向不随时间变化，如永久磁铁产生的磁场）耦合干扰的有效间变化，如永久磁铁产生的磁场）耦合干扰的有效措施。静电屏蔽线或静电屏蔽盒对低频磁场不起隔措施。静电屏蔽线或静电屏蔽盒对低频磁场不起隔离作用。必须采用高导磁材料作屏蔽层，以便让低离作用。必须采用高导磁材料作屏蔽层，以便让低频干扰磁力线只从磁阻很小的磁屏蔽层上通过，使频干扰磁力线只从磁阻很小的磁屏蔽层上通过，使低频磁屏蔽层内部的电路免受低频磁场耦合干扰的低频磁屏蔽层内部的电路免受低频磁场耦合干扰的影响。有时还将屏蔽线穿在接地的铁质蛇皮管或普影响。有时还将屏蔽线穿在接地的铁质蛇皮管或普通铁管内，同时达到静电屏蔽和低频屏蔽的目的。通铁管内，同时达到静电屏蔽和低频屏蔽的目的。 8/1/202437低频磁屏蔽举例低频磁屏蔽举例 多数仪器的外壳采用导磁多数仪器的外壳采用导磁材料（例如：铁质机壳）作屏材料（例如：铁质机壳）作屏蔽层，让低频干扰磁力线从磁蔽层，让低频干扰磁力线从磁阻很小的磁屏蔽层上通过，使阻很小的磁屏蔽层上通过，使受外壳保护的内部电路免受低受外壳保护的内部电路免受低频磁场耦合干扰的影响。如果频磁场耦合干扰的影响。如果将外壳接地，则同时达到静电将外壳接地，则同时达到静电屏蔽和低频磁屏蔽的目的。屏蔽和低频磁屏蔽的目的。 参考中国（厦门）微波高频通信设备销售公司资料参考中国（厦门）微波高频通信设备销售公司资料8/1/2024383.电磁屏蔽电磁屏蔽 电磁屏蔽是采用导电良好的电磁屏蔽是采用导电良好的金属材料做成屏蔽罩、屏蔽盒等金属材料做成屏蔽罩、屏蔽盒等不同的外形，将被保护的电路包不同的外形，将被保护的电路包围在其中。它屏蔽的干扰对象是围在其中。它屏蔽的干扰对象是高频（高频（40kHz以上）磁场。以上）磁场。 干扰干扰源产生的高频磁场遇到导电良好源产生的高频磁场遇到导电良好的电磁屏蔽层时，就在其外表面的电磁屏蔽层时，就在其外表面感应出同频率的电涡流，从而消感应出同频率的电涡流，从而消耗了高频干扰源磁场的能量。其耗了高频干扰源磁场的能量。其次，电涡流也将产生一个新的磁次，电涡流也将产生一个新的磁场，抵消了一部分干扰磁场的能场，抵消了一部分干扰磁场的能量，从而使电磁屏蔽层内部的量，从而使电磁屏蔽层内部的电电路免受高频干扰磁场的影响。路免受高频干扰磁场的影响。 镀铜镀铜电磁屏蔽盒磁屏蔽盒8/1/202439军用屏蔽帐篷军用屏蔽帐篷几种用导电纤维材导电纤维材料编织而成的军用料编织而成的军用电磁屏蔽器材电磁屏蔽器材（参考（参考常州雷宁电磁屏蔽设备公司资料）常州雷宁电磁屏蔽设备公司资料） 军用军用 电子方舱电子方舱屏蔽通信车屏蔽通信车8/1/202440防电磁波屏蔽围裙防电磁波屏蔽围裙几种用几种用导电纤维材料编织而成的导电纤维材料编织而成的电磁屏蔽服电磁屏蔽服辐射源辐射源防电磁波防电磁波屏蔽服装屏蔽服装防电磁波屏蔽防电磁波屏蔽围裙的使用围裙的使用8/1/202441屏蔽室屏蔽室 导电导电PVC地板地板 用于防静电及用于防静电及 底部底部屏蔽屏蔽干扰信号无法穿透干扰信号无法穿透钢板屏蔽室钢板屏蔽室8/1/202442二、接地技术二、接地技术 （一）（一）地线的种类地线的种类 接地起源于强电技术，它的本意是接大地，主接地起源于强电技术，它的本意是接大地，主要着眼于安全。这种地线也称为要着眼于安全。这种地线也称为“保安地线保安地线” 。它的接地电阻值必须小于规定的数值。它的接地电阻值必须小于规定的数值。 对于仪器、通讯、计算机等电子技术来说，对于仪器、通讯、计算机等电子技术来说，“地线地线”多是指电信号的基准电位，也称为多是指电信号的基准电位，也称为“公共参公共参考端考端”，它除了作为各级电路的电流通道之外，还，它除了作为各级电路的电流通道之外，还是保证电路工作稳定、抑制干扰的重要环节。它可是保证电路工作稳定、抑制干扰的重要环节。它可以接大地，也可以与大地隔绝以接大地，也可以与大地隔绝。 8/1/202443四种触电情况四种触电情况 8/1/202444保安地线保安地线 电烙铁的外壳电烙铁的外壳必须必须良好地接大地，良好地接大地，以保证人身安全以及以保证人身安全以及焊接对象不致被静电焊接对象不致被静电击穿。击穿。8/1/202445接大地与防静电的关系接大地与防静电的关系 人在工频电场中工作人在工频电场中工作时，身体可能感应出几十时，身体可能感应出几十伏以上的电压；当人在地伏以上的电压；当人在地板上行走时，也可能因摩板上行走时，也可能因摩擦而带上几百伏以上的静擦而带上几百伏以上的静电。因此在焊接集成电路电。因此在焊接集成电路时，人体时，人体必须必须良好地接大良好地接大地，以保证集成电路的地，以保证集成电路的CMOS输入端不致被静电输入端不致被静电击穿。人体接地的方法击穿。人体接地的方法之之一是带上接地的一是带上接地的防静电手防静电手腕带。腕带。防静电手腕带防静电手腕带8/1/202446防静电手腕带防静电手腕带的使用的使用接地接地8/1/202447信号地线分类信号地线分类 1.1.模拟信号地线模拟信号地线 模模拟拟信信号号地地线线是是模模拟拟信信号号的的零零信信号号电电位位公公共共线线。因因为为模模拟拟信信号号电电压压多多数数情情况况下下均均较较弱弱、易易受受干干扰扰，易易形形成成级级间间不不希希望望的的反反馈馈，所所以以模模拟拟信信号号地地线线的的横横截截面面积积应应尽尽量大些。量大些。 8/1/2024482.2.数字模拟地线数字模拟地线 数字信号地线是数字信号的零电平公数字信号地线是数字信号的零电平公共线。由于数字信号处于脉冲工作状态，动共线。由于数字信号处于脉冲工作状态，动态脉冲电流在接地阻抗上产生的压降往往成态脉冲电流在接地阻抗上产生的压降往往成为微弱模拟信号的干扰源，为了避免数字信为微弱模拟信号的干扰源，为了避免数字信号对模拟信号的干扰，两者的地线应分别设号对模拟信号的干扰，两者的地线应分别设置为宜，否则会严重干扰模拟信号的测量结置为宜，否则会严重干扰模拟信号的测量结果果。 8/1/202449接地改错接地改错 图示为图示为数字电路干扰模拟电路的例子数字电路干扰模拟电路的例子。该图错误地将数字。该图错误地将数字面板表的电源负极（有较大的数字脉冲电流）与被测电压（易面板表的电源负极（有较大的数字脉冲电流）与被测电压（易受干扰的模拟信号）的负极在数字面板表的接插件上用一根地受干扰的模拟信号）的负极在数字面板表的接插件上用一根地线连接到印制电路板上，就会使数字面板表的示值跳动不止。线连接到印制电路板上，就会使数字面板表的示值跳动不止。如果将数字电路的地线与模拟电路的地线分开设置就能有效地如果将数字电路的地线与模拟电路的地线分开设置就能有效地消除这种干扰。请指出地线的错误之处，并改正之。消除这种干扰。请指出地线的错误之处，并改正之。 8/1/2024503.3.信号源地线信号源地线 传感器可看作是测量装置的信号源，多数情传感器可看作是测量装置的信号源，多数情况下信号较为微弱，通常传感器安装在生产设备况下信号较为微弱，通常传感器安装在生产设备现场，而测量装置设在离现场一定距离的控制室现场，而测量装置设在离现场一定距离的控制室内，从测量装置的角度看，可以认为传感器的公内，从测量装置的角度看，可以认为传感器的公共参考端就是信号源地线，它必须与测量装置进共参考端就是信号源地线，它必须与测量装置进行正确的连接才能提高整个检测系统的抗干扰能行正确的连接才能提高整个检测系统的抗干扰能力。力。 8/1/2024514.4.负载地线负载地线 负载的电流一般都比前级信号电流大得多，负负载的电流一般都比前级信号电流大得多，负载地线上的电流有可能干扰前级微弱的信号，因此载地线上的电流有可能干扰前级微弱的信号，因此负载地线必须与其他信号地线分开。例如，若误将负载地线必须与其他信号地线分开。例如，若误将喇叭的负极（接地线）与扩音机话筒的屏蔽线碰在喇叭的负极（接地线）与扩音机话筒的屏蔽线碰在一起，就相当于负载地线与信号地线合并，可能引一起，就相当于负载地线与信号地线合并，可能引起啸叫。又如当负载是继电器时，继电器触点闭合起啸叫。又如当负载是继电器时，继电器触点闭合和断开的瞬间经常产生电火花，容易反馈到前级，和断开的瞬间经常产生电火花，容易反馈到前级，造成干扰，因此应正确连接。造成干扰，因此应正确连接。 8/1/202452（二）（二）一点接地原则一点接地原则 对于模拟信号地线、数字信号地线、信对于模拟信号地线、数字信号地线、信号源地线、负载地线等几种地线一般应分别号源地线、负载地线等几种地线一般应分别设置，在电位需要连通时，也必须仔细选择设置，在电位需要连通时，也必须仔细选择合适的点，在一个地方相连，才能消除各地合适的点，在一个地方相连，才能消除各地线之间的干扰。线之间的干扰。 8/1/2024531.单级电路的一点接地原则单级电路的一点接地原则 考虑到加考虑到加工工艺，在实工工艺，在实际的印制电路际的印制电路板设计中，只板设计中，只能做到各接地能做到各接地点尽量靠近、点尽量靠近、并加大地线的并加大地线的宽度。宽度。 1接线端子接线端子 2印制板安装孔印制板安装孔 3接地母线接地母线 44高频变压器屏蔽外壳接地点高频变压器屏蔽外壳接地点 8/1/2024542.多级电路的一点接地原则多级电路的一点接地原则 若将多级电路的地线逐级串联，在最后若将多级电路的地线逐级串联，在最后一段地线上将存在一定的对地电位差，有可一段地线上将存在一定的对地电位差，有可能产生共阻抗耦合干扰，应采取并联接地方能产生共阻抗耦合干扰，应采取并联接地方式，才不易产生级与级之间的相互干扰。式，才不易产生级与级之间的相互干扰。 设计多级电路的地线应注意以下两个原设计多级电路的地线应注意以下两个原则：一是公用地线截面积应尽量大些，以减则：一是公用地线截面积应尽量大些，以减小地线的内阻，二是应把电流最大的电路放小地线的内阻，二是应把电流最大的电路放在距电源的接地点最近的地方。在距电源的接地点最近的地方。 8/1/202455大面积接地大面积接地 当频率较高时，应采当频率较高时，应采取大面积的地线，这时允取大面积的地线，这时允许许“多点接地多点接地”，这是因，这是因为接地面积十分大，内阻为接地面积十分大，内阻很低，事实上相当于一点很低，事实上相当于一点接地，不易产生级与级之接地，不易产生级与级之间的共阻耦合。间的共阻耦合。 8/1/202456检测系统的一点接地原则检测系统的一点接地原则 有许多传感器采用两线制电流输出形式，它有许多传感器采用两线制电流输出形式，它的两根信号线均不接大地。如果这时二次仪表也的两根信号线均不接大地。如果这时二次仪表也采用浮置电路，容易出现静电积累现象，易产生采用浮置电路，容易出现静电积累现象，易产生电场干扰。在这种情况下多采用二次仪表测公共电场干扰。在这种情况下多采用二次仪表测公共参考端接地的方案。此种情况下，检测系统仍然参考端接地的方案。此种情况下，检测系统仍然符合一点接地原则。在二次仪表与计算机相连接符合一点接地原则。在二次仪表与计算机相连接的情况下，由于计算机的公共参考端已被接金属的情况下，由于计算机的公共参考端已被接金属机箱，并通过保安地线接大地，所以这时二次仪机箱，并通过保安地线接大地，所以这时二次仪表的零电位端（公共参考端）也就通过计算机接表的零电位端（公共参考端）也就通过计算机接大地了。大地了。 在这种情况下，传感器的公共参考端在这种情况下，传感器的公共参考端绝对不应再接地，否则会产生大地环流，造成干绝对不应再接地，否则会产生大地环流，造成干扰。扰。 8/1/202458滤波技术滤波技术 滤波器是抑制交流差模干扰的有效手段之一。滤波器是抑制交流差模干扰的有效手段之一。有有RCRC滤波器滤波器和和LCLC滤波器等几种。滤波器等几种。 1. RC滤波器：当信号源为热电偶、应变片等信滤波器：当信号源为热电偶、应变片等信号变化缓慢的传感器时，利用小体积、低成本的无号变化缓慢的传感器时，利用小体积、低成本的无源源RCRC低通滤波器将对串模干扰有较好的抑制效果。低通滤波器将对串模干扰有较好的抑制效果。 a）单节单节RC滤波器与放大器的连接滤波器与放大器的连接 b）双节双节RC滤波器滤波器 c）低通滤波器图形符号低通滤波器图形符号 d）频率特性频率特性 8/1/2024602.2.交流电源滤波器交流电源滤波器 电源网络吸收了各种高、低频噪声，对此常用电源网络吸收了各种高、低频噪声，对此常用LC滤波器滤波器来抑制混入电源的噪声。来抑制混入电源的噪声。 8/1/202461交流电源滤波器外形交流电源滤波器外形 8/1/202462交流电源滤波器的内部电路交流电源滤波器的内部电路 图图中中的的100 H电电感感、0.1 F电电容容组组成成高高频频滤滤波波器器，用用于于吸吸收收从从电电源源线线传传导导进进来来的的中中短短波波段段的的高高频频噪噪声声干干扰扰；图图中中两两只只对对称称的的5mH电电感感是是由由绕绕在在同同一一只只铁铁心心两两侧侧、匝匝数数相相等等的的电电感感绕绕组组构构成成的的，称称为为共共模模电电感感，用用于于吸吸收收因因电电源源波波形形畸畸变变而而产产生生的的谐谐波波干干扰扰；图图中中的的压压敏电阻用于吸收因雷击等引起的浪涌电压干扰。敏电阻用于吸收因雷击等引起的浪涌电压干扰。8/1/202463交流电源滤波器的内部电路（续）交流电源滤波器的内部电路（续）共模电感共模电感差模电感差模电感8/1/202464交流电源滤波器外形（交流电源滤波器外形（续）续） 用户可根据需用户可根据需要，选择内部包含要，选择内部包含一级一级LC或两级甚至或两级甚至三级三级LC的电源滤波的电源滤波器。使用时外壳需器。使用时外壳需要良好接大地。要良好接大地。 右图的电源右图的电源滤滤波器波器共有几级共有几级LC滤滤波电路？波电路？8/1/202465交流电源滤波器外形交流电源滤波器外形带带交流电源交流电源 滤波器的插座滤波器的插座8/1/202466开关电源内部的电源滤波器及共模电感开关电源内部的电源滤波器及共模电感 8/1/202467电源滤波器中的共模电感电源滤波器中的共模电感 当当50Hz电流流经共模电感时，由于进线与出线电流流经共模电感时，由于进线与出线产生的磁场方向相反，相互抵消，不会产生压降，产生的磁场方向相反，相互抵消，不会产生压降，但共模电感对共模干扰却有较大的感抗。但共模电感对共模干扰却有较大的感抗。三相共模电感三相共模电感8/1/202468交流电源滤波器的使用效果交流电源滤波器的使用效果使用电源滤波器前观察到的干扰使用电源滤波器前观察到的干扰使用电源滤波器使用电源滤波器后干扰消失后干扰消失8/1/2024693.3.直流电源滤波器直流电源滤波器 直流电源往往为几个电路所共用，为了避免通直流电源往往为几个电路所共用，为了避免通过电源内阻造成几个电路间互相干扰，应在每个电过电源内阻造成几个电路间互相干扰，应在每个电路的直流电源上加上路的直流电源上加上RC或或LC退耦滤波器。下图中退耦滤波器。下图中的电解电容用来滤除低频噪声，电解电容旁边并联的电解电容用来滤除低频噪声，电解电容旁边并联一个一个0.010.1 F的磁介电容或独石电容，用来滤除的磁介电容或独石电容，用来滤除高频噪声。高频噪声。 8/1/202470四、光电耦合技术四、光电耦合技术 目前检测系统越来越多地采用光耦合器目前检测系统越来越多地采用光耦合器，也称光电耦合器或光耦，它可较大地提高系统也称光电耦合器或光耦，它可较大地提高系统的抗共模干扰能力。的抗共模干扰能力。 光耦合器是一种电光耦合器是一种电光光电耦合器件，它电耦合器件，它的输入量是电流，输出量也是电流，可是两者的输入量是电流，输出量也是电流，可是两者之间从电气上看却是绝缘的，输入、输出回路之间从电气上看却是绝缘的，输入、输出回路的绝缘电阻可高达的绝缘电阻可高达1010 、耐压超过、耐压超过1kV。光光耦中的发光二极管一般采用砷化镓红外发光二耦中的发光二极管一般采用砷化镓红外发光二极管，而光敏元件可以是光敏二极管、三极管、极管，而光敏元件可以是光敏二极管、三极管、达林顿管，甚至可以是光敏达林顿管，甚至可以是光敏双向晶闸管、光敏双向晶闸管、光敏集成电路等。集成电路等。 8/1/202471光耦的外形光耦的外形双列直插式双列直插式贴片式贴片式8/1/202472光耦的隔离、传输作用举例光耦的隔离、传输作用举例 下图是用光耦传递信号并将输入回路与输出回路隔离的电下图是用光耦传递信号并将输入回路与输出回路隔离的电路。光耦路。光耦的红外发光二极管经两只限流电阻的红外发光二极管经两只限流电阻R1、R2跨接到三相跨接到三相电源路中。电源路中。 请分析当交流接触器未吸合时和吸合后两种状态下请分析当交流接触器未吸合时和吸合后两种状态下流过光耦中的红外发光二极管流过光耦中的红外发光二极管V1的电流、光耦中的光敏三极的电流、光耦中的光敏三极管管V1的状态，以及的状态，以及Ue、o的电平。的电平。 用用“测电笔测电笔”测试测试IC1左右左右两侧的带电状态，两侧的带电状态，哪一侧电笔亮？哪一侧电笔亮？这个实验说明了这个实验说明了什么？什么？8/1/202473光耦的隔离、传输、电平转换作用举例光耦的隔离、传输、电平转换作用举例 下图是下图是NPN常开型接近开关光耦电路。请回答：常开型接近开关光耦电路。请回答：VCC、OUT、GND1三端分别是什么颜色？请分析当金三端分别是什么颜色？请分析当金属板靠近接近开关至额定动作距离时，发光二极管属板靠近接近开关至额定动作距离时，发光二极管 V2的状态。的状态。GND1与与GND2接在一起接在一起会有什么不良效会有什么不良效果？果？ 金金属属板板8/1/202474电磁兼容实验室及电磁兼容实验室及新产品的电磁兼容试验新产品的电磁兼容试验 （参考上海市计量测试技术研究院电磁兼容实验室资料）（参考上海市计量测试技术研究院电磁兼容实验室资料）8/1/202475空调的电磁兼容试验空调的电磁兼容试验 8/1/202476电磁兼容实验室及电磁兼容实验室及新产品的电磁兼容试验新产品的电磁兼容试验（续（续） （参考上海市电磁兼容检测（参考上海市电磁兼容检测重点实验室资料）重点实验室资料）8/1/202477电磁兼容实电磁兼容实验室及角锥验室及角锥形吸波材料形吸波材料 8/1/202478各种吸波材料各种吸波材料 吸波角锥吸波角锥 角锥型吸波材料角锥型吸波材料是由软质聚氨酯泡沫是由软质聚氨酯泡沫经过浸炭及阻燃处理经过浸炭及阻燃处理等工序加工制成，使等工序加工制成，使用频带宽，是建造无用频带宽，是建造无回波暗室的最常用材回波暗室的最常用材料。料。（参考大连东信微波吸（参考大连东信微波吸收材料有限公司资料）收材料有限公司资料）8/1/202479各种吸波材料各种吸波材料 劈形吸波材料劈形吸波材料（参考大连东信微波吸（参考大连东信微波吸收材料有限公司资料）收材料有限公司资料）大形角锥大形角锥8/1/202480电波暗室的结构及特点电波暗室的结构及特点 电波暗室的结构分为电波暗室的结构分为3层，最外层是金属屏层，最外层是金属屏蔽层，起到隔离空间电磁波的作用；中间一层蔽层，起到隔离空间电磁波的作用；中间一层是铁氧体吸波材料，主要吸收低频段的电磁波；是铁氧体吸波材料，主要吸收低频段的电磁波；最里层为聚合物泡沫吸波材料，吸收低频至高最里层为聚合物泡沫吸波材料，吸收低频至高频所有频率。其中频所有频率。其中几百毫米几百毫米长的尖劈可吸收长的尖劈可吸收2-3GHz以下的电磁波以下的电磁波，一，一百多毫米百多毫米长的尖劈可吸长的尖劈可吸收高大收高大40GHz的电磁波。的电磁波。电波暗室的屏蔽性能电波暗室的屏蔽性能在在18GHz时仍可时仍可达到达到几十分贝几十分贝。8/1/202481电磁兼容实验室电磁兼容实验室（续）（续） 平板型吸波材料平板型吸波材料由橡胶和磁性吸波填由橡胶和磁性吸波填料膜压成形，可弯曲料膜压成形，可弯曲和切割。和切割。 8/1/202482电磁兼容实验室的天线电磁兼容实验室的天线 “三米法三米法” 和和 “十十米法米法”暗室天线的高度暗室天线的高度分别为分别为1.8m 和和3m ，与与被测物的距离分别为被测物的距离分别为3m和和10m。8/1/202483EMC辐射干扰测试室辐射干扰测试室（参考江苏省电子产品监督检验所资料）（参考江苏省电子产品监督检验所资料）被被测试仪器测试仪器干扰辐射天线干扰辐射天线干扰源干扰源8/1/202484用于传导测量的屏蔽室用于传导测量的屏蔽室 （参考信息产业部通信计量中心资料）（参考信息产业部通信计量中心资料） 8/1/202485EMC传导干扰测试室传导干扰测试室 干扰源将高压电火花信号迭加到被测仪器干扰源将高压电火花信号迭加到被测仪器的电源线上，再测试此时仪器性能的变化。的电源线上，再测试此时仪器性能的变化。8/1/202486电磁兼容试验及电磁兼容试验及试验报告试验报告 参考参考Rainford公司资料公司资料8/1/202487EMI（电磁干扰）电磁干扰）测试仪表测试仪表交直流电场、磁场检测仪表交直流电场、磁场检测仪表（接收测头未画出）（接收测头未画出）8/1/202488EMI测试仪器（仪表）测试仪器（仪表）AEFM型交流电场计型交流电场计8/1/202489